当前位置:首页>行业资讯>技术应用>资讯内容

电磁即热式热水器的研究与开发

发布日期:2017-09-30 来源: 中国太阳能热水器网 查看次数: 622 作者:[db:作者]

核心提示:  本文在对电磁加热即热式热水器进行较深入研究和试制的基础上,提出利用电磁感应传递能量、涡流加热的方法制作高效的、水电完全隔离的安全型即热式电热水器的思路。  电热水器分为储水式和即热式两种。其中储水

  本文在对电磁加热即热式热水器进行较深入研究和试制的基础上,提出利用电磁感应传递能量、涡流加热的方法制作高效的、水电完全隔离的安全型即热式电热水器的思路。

  电热水器分为储水式和即热式两种。其中储水式电热水器由于加热过程比较长,需要用水时要提前1-2小时开始加热,因加热其间热量散失较大,热效率较低;另外其体积大,需要安装空间大,这些缺点限制了它的使用。即热式热水器有着热水即开即用,体积小、安装使用方便等优点。即热式热水器为了获得高的热效率,多采用把电热丝、电热板直接装在水中的加热方式,然而这样做的结果会造成漏电触电的安全隐患。虽然有些厂家采用了诸如在出水口加屏蔽金属网等安全措施,但这些并没有从根本上解决问题。对于强调安全性的生产商则利用新型发热材料如电热膜、PTC发热元件及非金属发热材料等)对石英玻璃制成的水管加热,从而达到水电分离、确保安全性的目的。但是由于新材料价格较贵,导致热水器价格偏高,更主要的是隔着石英玻璃管加热,使热效率变低,因而需要的电热功率相对要大。总之,上述两种电热水器在安全、高效、方便快捷及成本价格等方面存在这样或那样的问题。针对以上问题,本人尝试开发一种新型电磁即热式热水器,以克服上述热水器的缺点和不足。

  2电磁即热式热水器的原理我们都知道,将金属导磁材料置于高频电磁场,金属中会产生涡流电流),并使其温度升高。这种利用涡流加热的方式在工业与民用方面已获得广泛应用。其优势是这种感应加热方式有着很高的功率密度,单位加热面上的功率可达0.1-2kW/cm2,加热速度极快,能在数秒至数十秒内将金属表面加热到800-1000/.电磁即热式热水器正是根据这一特性通过电磁转换传递足够能量,将浸在绝缘隔热水槽中的金属导磁材料迅速加热升温,进而使流经水槽的水迅速加热。这便是这种电磁热水器的工作原理。

  3电磁即热式热水器的结构和特点如为研制的热水器结构示意。它主要由水槽、加热线圈L、屏蔽板、线路板、水槽支架和外壳等构成。其中水槽和加热线圈L构成了热水器换能的主要部分,水槽设计和主要电路的设计体现出该热水器的特点。

  3.1水槽的结构和特点热水器水槽结构如所示。它是由具有一定机械强度的耐热绝缘材料注模而成,在水槽的中间夹有一圆形不镑钢薄板,其直径与加热线圈L直径相同。加热线圈L的功能是将从线路板过来的高频电流转换成高频磁场,在水槽中的不镑钢薄板产生涡流、加热里面的流水。为满足功率需求,流过线圈电流较大试验电压220V电流20A),为降低在加热线圈L上的损耗,减少高频电流集肤效应的影响,线圈采用多股细漆包线,先绞织在一起,再绕成圆盘形。此外在不镑钢薄板两侧水槽内部还加有耐热隔栅,其作用一是将不镑钢发热板与水槽隔开、防止二者直接接触;二是用来引导水流流向,增加流动距离,让水流得到充分的加热。屏蔽板是强导磁的材料制成,作用是把加热线圈后面的磁力线屏蔽掉,防止对电路部分造成干扰。水槽支架主要用来固定水槽的,材料为非导磁材料。内壳主要是隔开电路包括线圈)与导水槽,防止水槽出现漏水时,也不会给电路造成短路或漏电。外壳为整个热水器提供保护。

  对上述结构的热水器在多次,主要包括功率和驱动部分、检测和功率调节和保护比较)电路等部分,为了提高电路的可靠性和稳定性,采用了集成电路元件。

  3.2.1功率及驱动电路采用由新型的功率开关器件IGBT绝缘栅双极型晶体管)组成的桥式逆变电路。

  首先,IGBT元件本身与先前用于家用电热器的电力电子器件相比,具有耐压高、输出功率大几千瓦到几十千瓦)、输入阻抗大、电压驱动功率小、工作频率高!20kH-)及综合性能高等特点。其次主电路采用4个IGBT功率元件组成的桥式逆变电路。与所示的单管组成的功率电路相比,虽然电路功率和驱动元件增多,形式复杂,但其稳定性和可靠性增大。在所示的单管电路中输出频率与电感、电容参数的影响。输出给电感线圈L的电流大小对电路电压有直接影响;以实验中一组数据为例,当电磁加热器电流为7A左右,功率管两端电压承受的电压峰值约700伏,当把电流提高到10A时,管子承受电压则提高到900多伏。这表明功率元件承受的电压受输出电流变化的影响较大。要求元件耐压高,因而价格也高;另外,电路失谐和高电压导致功率元件损坏率高,表现为电路稳定性和可靠性差。采用桥式逆变电路,功率元件所承受的最高电压即为整流直流电压,电路可以做到改变电磁线圈L的电流,而不影响元件承受的最高电压。因此这种电路更加稳定可靠。

  驱动电路米用两集成驱动器,它适于驱动各种功单管电路简图率的M0S- FETJGBT等功率器件。其电路芯片体积小DIP14)、集成度高可驱动同一桥臂两路)、响应快、浮置电压高小于600V)、驱动能力强、内设欠压封锁,而且其成本低、易于调试。并设有外部保护封锁端口,高频信号送入驱动器,驱动器输出两路有足够死区时间的驱动信号,送到IGBT控制端,控制VT1,VT3或VT2,VT4导通/关断,保证功率电路安全切换。从而在电感L上形成交变电流。

  3.2.2检测和功率调节电路采用SG3524国产型号CW3524)是双列直插式16脚陶瓷或塑料封装集成块。该器件具有完整的P:M功率控制功能,工作频率可以大于100kHz,它提供一正一负的两路方波振荡信号送至驱动电路。通过调节输入3524的负载反馈电压信号大小,可以方便的调节主电路的输出电流,很简单地实现功率的无级调节。

  3.2.3保护电路保护电路采用电压比较器LM339,具有低功耗,高性能的特点。比较电路的输出接3524驱动器的脉冲封锁端,设置保护主要有:防止空烧保护。采用后制式水流检测出水侧装设水流检测开关)有水流动时,比较器输出低电平,524工作,热水器加热;当检测不到有水流动无水或关闭水阀A时,比较器输出高电平,封锁3524输出,热水器停止加热。

  过热保护利用热敏电阻检测,当温度超过预设最高温度时,比较器输出高电平,封锁3524输出3524;当温度低于预设最高温度时,比较器输出低电平,不工作。

  使用水流检测和过热双重保护确保热水器的安全。

  过流保护。利用检测"两端电压来实现,小于设定值,3524正常工作。大于设定值,封锁3524输出。

  设有通常的过电压、欠电压和漏电保护。

  3.2.4电源部分热水器功率为4.5k:,其主电路电流达20安培,用一个35A/600V的桥堆整流,因为主电路对纹波要求不高,滤波电路只加了一个2%F/400V的电容。控制电源采用单电源供电,要求的电源品质较高,整流后经一三端稳压电路,815)稳压,向P:M电路、驱动电路、保护电路提供稳定的电压。整个电源电路较简单。

  4结论由于这种即热式热水器利用电磁感应原理加热、采用特殊水槽结构设计、加之稳定可靠的电路设计和完善的保护措施,与其它热水器相比,具有水电分离、安全性好、升温快、效率高、成本适中等特点。另外热水器水槽简单独特结构使这一关键部件的成本几乎达到最低价格,这给水垢处理带来新的方式,即当水槽水垢结到一定程度时,可以提供新水槽及时更换之,旧水槽回收再生利用。从而保证了热传递效率和消除废弃水槽污染。总之,这种新热水器在性价比方面较以往热水器有了较大的提高,给用户使用和维护带来极大方便,因此它必定具有广阔的市场前景。

网友评论

共有0条评论
马上注册
鲁公网安备 37030402000385号